Científicos de nanomateriales de la Universidad de Utrecht han mejorado un nanogel de tal manera que ahora puede transportar moléculas individuales de un líquido a otro. "Al ampliar el área de superficie entre dos líquidos, podemos aumentar el intercambio de productos químicos. Esta técnica puede hacer que los procesos industriales sean más eficientes energéticamente y abrir posibilidades para fabricar mejores células solares". El artículo de los investigadores fue publicado recientemente por la revista científica Advanced Materials .

Gran superficie

El químico físico Martin Haase y su grupo de investigación trabajan en técnicas para hacer los llamados bijels:emulsiones de dos líquidos que no se mezclan, como el aceite y el agua, separados por una capa ultrafina de nanopartículas que estabiliza la superficie entre los fluidos. "En tales materiales similares a gel, se entrelazan dos líquidos repelentes", explica Haase. "En la interfaz de los dos, las moléculas pueden moverse de un líquido a otro a través de la nanocapa".

Los geles funcionan mejor si la interfaz entre los dos líquidos tiene una gran superficie. Haase:"Nuestros propios cuerpos muestran buenos ejemplos de tales procesos. Piense en nuestros pulmones:inhalan aire y el oxígeno del aire pasa a la sangre. Se transporta desde los canales de aire a los capilares sanguíneos. En un bijel, las moléculas pueden ser intercambia de manera similar de un fluido a otro".

Forma más suave de eliminar productos químicos

Con la ayuda de Ph.D. investigadores Mohd Khan y Alessio Sprockel, Haase ahora mejoró la técnica para hacer tales bijels. Haase:"Descubrí cómo hacer bijels en 2015. Pero teníamos un control limitado sobre él y nuestras estructuras no estaban tan bien definidas. Ahora podemos controlar completamente la síntesis. Ahora podemos hacer estructuras de canales más pequeñas y uniformes, hacer que los fluidos fluyan. a través de los canales y separa los productos químicos continuamente durante este flujo".

Para hacer un bijel, los científicos del Laboratorio Van 't Hoff de Química Física y Coloide de la Universidad de Utrecht utilizan alcohol y nanopartículas, pequeñas esferas de vidrio con un diámetro de solo 20 nanómetros. Haase:"El aceite y el agua no se mezclan. Sin embargo, si agrega alcohol, en realidad se mezclan bien. Y si luego elimina el alcohol de esta mezcla, los dos líquidos formarán una disposición entrelazada de canales líquidos. Durante este proceso, las nanopartículas son recogidas por la interfaz entre el aceite y el agua. Una vez allí, estabilizan los canales entrelazados de aceite y agua para formar el bijel".

Un paso vital que debe tomarse antes de que un bijel pueda usarse para separaciones industriales es recolectar los productos químicos separados. Haase:"Al igual que la sangre fluye a través de los capilares en el pulmón para recolectar oxígeno, el agua y el aceite deben fluir a través del bijel para transportar los químicos extraídos dentro y fuera del nanogel. Pero debido a que los canales en el bijel son tan pequeños, una bomba normal need to push very hard. This would cost lots of energy and can, moreover, break the fragile bijels. We have discovered that liquids can be pumped through the bijel via a process called electro-osmosis, a much gentler way of liquid transport."

Nanomaterials for a sustainable industry

According to Haase, the invention has potential to save energy in industrial processes involving the separation of chemicals. "For me, a motivation to work in this scientific field, is to make the chemical industry more sustainable. Many products we use in our daily lives, for example plastics, gasoline, or pharmaceuticals need to be purified during their production. This requires a lot of energy because mixtures have to be boiled, a process commonly known as distillation. Such separations of chemicals consume up to 15% of our worldwide energy use. So we need to find alternatives that are less energy consuming and also emit less carbon dioxide. In a bijel, the separation of chemicals is possible without boiling and therefore, a lot of energy is saved."

But the high surface area within the bijel opens other application potentials as well. Haase:"Bijels can for instance provide opportunities to develop more efficient solar cells and also separation membranes that can turn seawater into drinking water. Now that we can have liquids flow through the microscopic channels of the bijel, so many exciting opportunities for using these novel nanogels as materials for sustainable technologies become possible." + Explora más

Team devises easier way to make 'bijels,' a complex new form of liquid matter